Самолетные связные радиостанции
Министерство образования РФ
Пермский государственный технический ниверситет
Кафедра ИВК
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ФИЗИЧЕСКИМ ОСНОВАМ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
Самолётные связные радиостанции
Выполнил: Москалев А. В.
студент гр. ИВК-03-01
Проверил: Перминов И. Г.
Пермь 2005
Содержание
1. Назначени...3
2. Структурная схема бортовой
3. Структурная схема приемника...5
3.1. Преобразователи частоты6
4. Структурная схема передатчика....7
4.1. Временные диаграммы9
5. Формирование и прием сигналов.....11
6. Синтезаторы частоты13
7. Особенности радиопередатчиков.15
8. Радиостанция Микрон...17
9. Список использованной литературы.......21
САМОЛЕТНЫЕ СВЯЗНЫЕ РАДИОСТАНЦИИ
1. Назначение:
Бортовые связные радиостанции предназначены для обеспечения связи экипажа с наземными командно-диспетчерскими пунктами как на малых (явнляются резервными для командных
симплексную связь телефонную (в режимах амплитудной модуляции и одннополосной модуляции);
телеграфную (в режимах амплитудной модуляции AT, частотной модулянции ЧТ).
Перестройка каналов в рабочем диапазоне частот - дискретная. Малый шаг сетки частот
Применяются следующие типы связных
2. Структурная схема бортовой
Содержит следующие типовые злы (рис. 1): антенну А, приемопередатчик Прм - Прд, блок питания БП, пульты непосредственного и дистанционного правления ПУ, стройство настройки и контроля НК и оконечные стройства - микрофон (Мкф) и телефон (Тлф). Приемо-передатчик состоит из генератора передающего и приемного каналов.
SHAPEа * MERGEFORMAT
|
|
|
Прм-Прд |
|
ПУ |
|
МКФ |
|
БП |
|
УНК |
|
Тлф |
Рис. 1. Структурная схем бортовой радиостанции
передатчика
Передающий канал образуют генератор Г, передатчик Прд, антенный переключатель АП, антенна А (рис. 2).
SHAPEа * MERGEFORMAT
|
Прд |
|
Г |
|
Прм |
|
П |
|
|
Рис. 2. Структурная схем приемо-передатчика
Приемный канал образуют антенна, АП и Прм.
Трансиверная схема построения
Генератор обеспечивает получение высокостабильных (как по частоте, так и по амплитуде) колебаний, работает в автоколебательном режиме на однной частоте, преобразуя энергию постоянного тока блока питания в энергию электрических колебаний переменного тока нужной частоты. В передатчике такой генератор называется задающим, в приемнике Ч гетеродином. Высокая стабильность частоты генератора обеспечивается применением в его схеме кварцевой стабилизации.
3. Структурная схема приемника (рис. 3):
Структурная схема супергетеродинного приемника приведена на рис. 3, на рис. 3.1б, в, г, д, е, ж изображены спектры колебаний на выходе каждого каскада. Представляющий интерес радиосигннал с выхода антенны (рис. 3.1б) выделяется, отфильтровывается входной цепью (рис. 3.1в) и поступает на преобразователь, на входе преобразователя появляется модулированный радиосигнал с несущей промежуточной частотой (рис. 3.1г). Этот радиосигнал усиливается силителем промежуточной частоты (УПЧ) (рис. 3.1д), детектируется, в результате чего получается низкочанстотный правляющий сигнал (рис. 3.1е). Управляющий сигнал силивается силителем звуковой частоты (УЗЧ) (рис. 3.1ж) и понступает в громкоговоритель.
|
fc |
|
Входная цепь |
|
Преобразователь |
|
УПЧ |
|
Детектор |
|
УЗЧ |
|
Генератор |
|
ПрЧ |
|
fпр |
|
fг |
Рис. 3. Структурная схема приемника супергетеродинного типа
Рис. 3.1. Спектры колебаний
3.1. Преобразователи частоты:
Преобразователем частоты в супергетеродинном приемннике называют стройство, осуществляющее преобразование ненсущей радиочастоты принимаемого сигнала в несущую променжуточную частоту без изменения модуляции сигнала, т. е. назначением преобразователя частоты является перенос спекнтра радиосигнала из одной обнласти частот в другую. Пронмежуточная частота может быть как выше радиочастоты, так и ниже. Это обусловлено добством реализации процессов фильтрации и других операций обработки сигнала.
SHAPEа * MERGEFORMAT
|
Смеситель |
|
Фильтр |
|
Гетеродин |
|
fc |
|
fпр |
<
Рис. 3.2. Структурная схема преобразователя частоты
Принципиально для преобразования частоты сигнала необнходим либо нелинейный элемент, либо элемент с переменным параметром. На этот элемент подают колебания от вспомогантельного источника, называемого гетеродином. В связи с этим нелинейный элемент, преобразующий частоту принимаемого сигнала с помощью гетеродина, называют смесителем. В состав преобразователя частоты входит также резонансная нагрузка, с помощью которой осуществляется селекция составляющих сигннала с промежуточной частотой. В качестве такой нагрузки наиболее часто используют полосовой фильтр. Структурная схема преобразователя изображена на рис. 3.2.
а
4. Структурная схема передатчика включает (рис. 4):
SHAPEа * MERGEFORMAT
|
П |
|
МкУ |
|
УНЧ |
|
М |
|
ГВЧ |
|
УМ |
|
Кл |
|
|
|
+ |
|
Мк |
Рис. 4. Структурная схема передатчика
АЧамплитудный модулятор; НЧусилитель низкой частоты; МкЧмикрофонный силитель; ГВЧгенератор высокой частоты; УЧусилитель мощности; Чантенна; Чключ для переключения в телеграфный режим.
Режимы работы связной
амплитудная модуляция (AM);
однополосная модуляция (ОМ) с частично подавленной несущей; амплитудная манипуляция (AT);
частотная манипуляция (ЧТ).
Амплитуда модулирующего сигнала при AM модуляции
Uмод <= Um где Um - значение амплитуды сигнала; F - частота колебаний; Колебания несущей (модулируемой) частоты изменяются по закону U = Um
(t) cos2nfн t, (1) где Um - значение амплитуды; В процессе AM амплитуд несущей частоты изменяется по закону Um( где
U т0 Чамплитуд немодулированного колебания; ΔUm=
Kа.м Umмод
(здесь Kа.м - коэффициент передачи модуляционного стройства). Подставляя Um( U = Um0 [ где Спектр AM колебаний при гармоническом модулирующем сигнале (рис. 5) состоит из трех составляющих: несущей частоты m=(Umax - Umin)/(Umax
+ Umin). Модулирующий сигнал сложный и содержит составляющие с частотами от Fmin до Fmax . Каждой из них соответствует своя составляющая нижней и верхней боковых частот модулированного колебания. Спектр AM колебаний содержит две боковые полосы частот.
Следовательно, ширина спектра сигнала в канале радиосвязи Δ Однополосная модуляция с подавленной несущей (ОМ) путем фильтрации АМ-сигнала формирует однополосный сигнал (фильтры передающего тракнта не пропускают несущую и одну боковую полосу). Полезная информация при этом не теряется, так как нижняя и верхняя боковые полосы абсолютно идентичны, а несущая частота информации не несет. Несущая частота нужна при приемке для восстановления АМ-сигнала для последующего детектиронвания. Наибольший энергетический выигрыш дает полное исключение несунщей частоты и одной боковой полосы. Переход на однополосную работу равнносилен 16-кратному выигрышу по мощности. Режим однополосной модуляции с частично подавленной несущей реанлизуется путем отфильтровывания одной боковой полосы и частичного меньншения амплитуды несущей. Рис.а
5. Эпюры модулирующего синусоидального напряжения Разновидность амплитудной модуляции Ч амплитудная телеграфная AT) манипуляция Сигнал передается в виде азбуки Морзе
(точки и тире). Частотная манипуляция (ЧТ) реализуется путем передачи сигнала азбункой Морзе, когда лточке соответствует одна частота колебаний, тире друнгая частота. Временные диаграммы: Гармоническое колебание (ГК) Колебания ГВЧ(Генератора высокой частоты) ГВЧ+ГК М(Амплитудная модуляция) Продетектированный сигнал Частотная модуляция(ЧМ) 5. Формирование и прием сигналов с ОМ: В принципе сигнал с ОМ можно получить из сигнала с AM путем подавления несущего колебания и одной из боковых полос модуляции с помощью фильтра, пропускающего лишь колебания интересующей нас верхней или нижней боковой полосы частот. Однако частотная характеристика такого фильтра должна обладать очень крутым склоном со стороны отфильтровываемой несущей, что технически трудно реализуемо. Проще формировать сигнал с ОМ путем использования балансной модуляции с последующим выделением одной из боковых полос. Балансной модуляцией (БМ) принято называть процесс перемнонжения мгновенных значений модулирующего и несущего колебаний.
На примере модулирующего гармонического колебания частоты Ω можно бедиться, что в процессе БМ возникают колебания двух боковых частот и подавляется несущее колебание. В самом деле, перемножая мгновенные значения несущего uбм=0.5UmUmм[cos(ω+Ω)t+cos(ω<-Ω)t]. Для получения сигнала с ОМ достаточно сохранить одну из боковых полос, подавляя другую. Это выполнить проще, чем в случае AM, так как разнос самых низких частот боковых полос вдвое превышает разнос наименьшей частоты модуляции и ненсущего колебания. Формирование сигнала с ОМ производят на сравнительно низкой поднесущей частоте, осуществляя затем преобразование полунченного спектра в область высоких частот путем гетеродинирования. Процесс трансформации спектров колебаний при однополоснной модуляции в передатчике показан на рис. 6,
а, штриховыми линиями показаны частотные характеристики фильтров верхних частот. Рис.а
6. Спектры ОМ-сигналов и их преобразование в передатчике и приемнике: ωп,ωг,ωперЧ частоты поднесущего,
гетеродинного и излучаемого колебаний Процесс преобразования спектра сигнала с ОМ в приемнике представлен на рис. 6,б. Здесь процессы воспроизводятся в обратной последовательности по сравнению с процессами в передатнчике. Важно подчеркнуть, что, для воспроизведения исходного сообщения в приемнике спектр принятого колебания необходимо дополнить колебанием несущей частоты. Это дополнение произвондится на частоте поднесущих колебаний. Функциональная схема основных элементов тракта ОМ передатнчика и приемника показана на рис. 7.
(t) fп УНЧ УНЧ ФВП ПЧ СЧ Д УНЧ ПФ УМ Прм ( s(t) s(t) Рис. 7. Схема основных элементов трактов передатчика и приемника ОМ-сигналов Речевое сообщение В приемнике Прм производится преобразование частоты принянтых сигналов и детектирование, причем к детектору Д,
кроме принятого сигнала, подводятся также колебания восстановленной несущей, роль которой выполняют колебания третьей промежуточной частоты;
формируемые в СЧ. На выходе силителя низкой частоты приемника воспроизводится исходное сообщение 6.
Синтезаторы частоты: стройства прямого синтеза. В устройствах прямого синтеза реализуются методы деления, множения и преобразования частоты, с помощью которых из исходных колебаний частоты одного кварнцевого генератора формируется множество колебаний (сетка частот). Идею функционирования стройств прямого синтеза можно иллюстнрировать рис. 8 Буквой с.
Требуемый набор частот на оси абсцисс отображен дискретными компонентами,
расположенными справа от Как формируется требуемое множество частот? Синтез требуемонго множества колебаний, образующих сетку частот,
осуществляетнся следующим образом. Вначале производится деление частоты f0, f0+fc,
f0+2fc,..., f0+nfc. Рис. 8. Схема формирования дискретной сетки частот при прямом синтезе Таким образом, переход от частоты кварцевого генератора стройства косвенного синнтеза. Принцип функционированния стройств косвенного синтенз частот можно рассмотреть на примере синтезатора частот
SHAPEа * MERGEFORMAT От ПДУ ГОН 6, 25 кГц ИФД ДПКД ИФД ИФД f0 f0 nf0 Рис. 9. Схема системы косвенного синтеза сетки частот Если частота Г отклоняется от номинального значения, то понявляется сдвиг частоты на выходе ДПКД от 6,25 кГц и на выходе ИФД возникает управляющее напряжение, изменяющее частоту Г, приводя ее к номинальному значению. В цепи обратной связи между Г и ИФД становлено два делителя частоты. Коэффициент деления первого из них постоянен и равен т <= 8. Коэффициент деления второго ДЧ может изменяться под действием сигналов, поступающих с пульта дистанционного правления ПДУ, в пределах 2360...2719,5 с интервалом 0,5. Это позволяет обеспечить формирование с помощью Г любой из частот в диапазоне 118... 135,975 Гц с дискретностью в 25 кГц. Таким образом, схема косвенного синтеза обеспечивает кварценвую стабилизацию множества дискретных значений частот излучаенмых колебаний с помощью одного кварцевого генератора. Схем косвенного синтез частот используется также в рандиостанции Ядро,
где он дополняет схему прямогоа синтез и позволяет расширить диапазон стабилизируемых значений чанстоты. 7. Особенности радиопередатчиков: Необходимо отметить несколько особенностей передатчиков
Системы автоматической регулировки глубины модуляции (АРГМ) и системы автоматической регулировки мощности (АРМ) излучения предназначаются для стабилизации глубины модуляции излучаемых сигналов в случае
AM или для стабилизации мощнности сигнала боковой полосы в случае ОМ при изменениях громкости передаваемого телефонного сообщения в широких пренделах. По принципу действия эта система подобна системе автоматической регулировки силения (АРУ)
в радиоприемнике: с ее помощью в зависимости от силы звука изменяется коэффинциент усиления модулятора так, что изменения напряжения сигнналов на выходе модулятора оказываются значительно меньше входных. Система АРГМ часто дополняется ручной регулировкой коэффинциента силения силителя низкой частоты модулятора.
Выбирая надлежащим образом силу голоса и коэффициент силения модулянционного каскада, оператор может добиться меньшения влияния на качество передачи акустических помех. В передатчиках с AM используются так называемые схемы зандержки,
представляющие собой системы автоматического регулиронвания ровня несущих колебаний. ровень несущих колебаний с их помощью значительно меньшается в тех случаях, когда отсутствует модулирующее напряжение в тракте низкой частоты.
Благодаря этому возрастает КПД передатчика. Применение схем преобразования частоты в передатчиках с ОМ обусловлено стремлением повысить качество фильтрации спектнра боковых частот модуляции и подавления составляющих спектра второй боковой полосы. Качество фильтрации дается повысить, осуществляя модуляцию сигналов не на частоте излучаемых колебанний, на более низкой частоте поднесущих колебаний. Характерные особенности радиоприемников: В бортовых
В силителях промежуточной частоты (УПЧ)
применяют кварнцевые и электромеханические фильтры, обладающие частотной характеристикой практически прямоугольной (П-образной) формы и позволяющие реализовать высокую избирательность по соседнему каналу. Использование преселекторов и надлежащий выбор первой промежуточной частоты позволяют обеспечить хорошую избирательнность по зеркальному каналу. Расстояния между передатчиком и приемником, значит, и амнплитуды входных сигналов могут изменяться в широких пределах, поэтому в состав приемников включаются эффективные системы АРУ.
Ослабление влияния изменений коэффициента модуляции сигннала достигается с помощью систем автоматической регулировки громкости (АРГ), представляющих собой системы автоматического правления силением сигнала по низкой частоте. В авиационных радиоприемниках используются различные схемы подавителей шумов (ПШ),
обеспечивающие запирание низкочастотнного тракта при отсутствии полезного сигнала или при слишком низком его ровне. Принцип функционирования ПШ можно раснсмотреть на примере
Выход Прм Д УНЧ1 ФНЧ ФВЧ Д1 ССУ Д2 КПШ УНЧ2 400...800
Гц 400...1400 Гц От ПЧ Рис. 10. Схема подавителя шумов РС Ядро Так как схема ПШ обеспечивает запирание НЧ при сигналах, интенсивность которых втрое меньше шума, то это приводит к некотонрому меньшению дальности радиосвязи.
Если возникает необходинмость прослушать слабый сигнал, ПШ может быть выключен тумбнлером, вынесенным на пульт дистанционного правления
В
8.
Радиостанция Микрон - основной тип связной
Функциональная схема
В режиме приема вся совокупность принятых антенной сигналов в диапазоне 2... 24 (Гц поступает через согласующее устройство во входную цепь приемного тракта, на входе которого стоят два фильтра: заградительный и режекторный (настроены на частоту 35,5 Гц, страняют помехи, частота конторых равна или близка к промежуточной частоте 35,5 Гц).
Входная цепь осуществляет предварительную селекцию полезного сигнала. После силения в ПЧЗ сигнал третьей промежуточной частоты поданется: в режиме AM через диодный ключ AM на диодный амплитудный детектор, на детектор АРУ; в режиме ОМ на демодулятор однополосного сигнала; в режиме AT на демодулятор однополосного сигнал и на детектор АРУ. Сигналы после демодуляции и детектирования поступают на трехкаскадный НЧ и через СПУ на телефоны членов экипажа. Система АРУ охватывает каскады ВЧ,
УПЧ1, ДР. В режимах AM и АТ с выхода амплитудного детектора АРУ получают постоянную составляющую тока детектора АРУ, которая силивается и поступает на каскады, охнваченные АРУ. Передающий тракт выполняет функции формирования рабочего сигнанла в зависимости от режимов (AM, ОМ и AT),
а также переноса (транспониронвания) сформированного сигнала на несущую частоту и силения этих колебанний до необходимого значения. В режиме передачи используются те же пронмежуточные частоты, что и в режиме приема, формирование сигнала происхондит в обратном порядке. Синтезатор частот является наиболее сложным злом в
При беспоисковой и бесподстроечной связи полоса пропускания приемника должна быть значительно больше полосы частот сигнала, с четом нестанбильности частоты передатчика Δ 2Δ где Fmax Ч максимальная частота в спектре управляющего сигнала. Стабильность частоты оценивается отношением максимально возможного отклонения Δfmax к заданной частоте Согласно требованиям IСАО,
стабильность частоты -5. Основными факторами, вызывающими ход частоты, являются: измененние температуры, влажности, питающих напряжений, влияние последующих каскадов на предыдущие. Отметим пути лучшения стабильности чанстоты. Функциональная схема ДОЧ (рис. 12)
служит для формирования сигналов: опорной
(кварцованной, высоконстабильной) частоты 5 Гц с относинтельной нестабильностью 0,5*10-6 ; частоты первого гетеродина приемопередающего тракта в дианпазоне 55,5...65,5 Гц с дискретнностью 100 Гц; частот второго гетеродина: 35, 45, 55 Гц; частоты 500 кГц,
используемой при работе в режиме Прием и во всех видах работы в режиме Передача; частоты
370 кГц, используемой в качестве частоты третьего гетеродина в приемном тракте. Время перестройки с одной частоты н другую 250... 300 мс. Электропитание
Источники питания сосредоточены в усилителе мощности и блоке питанния. В блоке питания вырабатываются следующие стабилизированные питанющие напряжения: + 6,5 В; - 6,5 В; - 11 В; Ч21 В; +27 В; +125 В; Ч125 В;
2,6 В. Блок силителя мощности формирует следующие питаюнщие напряжения: Ч60 В; Ч80 В; + 200 В; +300
В; 36 В; 125 В; +2 В. Система защиты включает в себя датчики перегрузок в цепях переменного тока (используются трансформаторы тока с диодами-выпрямителями) и постоянного тока (токовые реле).
Датчики воздействуют на схемы защиты, которые правляют электромагнитными реле. По сети переменного тока
SHAPEа * MERGEFORMAT Кл Прд См 4 См 3 Ус 1 ФАП 2 ФСЧ 0,1 Гц ФЧ БГО ДЧ ДТСЧ ФС 2 1 Гц Рис. 12. Функциональная схема синтезатор частоты радиостанции Микрон: ФЧ - формирователь
частоты; ДЧ - Делитель
частоты; ДТСЧ - датчик точной сетки частот; БГО - блок опорного генератор Контрольно-проверочная аппаратура
проверку на нескольких фиксированных частотах (ускоренный контнроль); контроль на любой частоте рабочего диапазона; поиск неисправности
измерения внешних постоянных и переменных напряжений величиной до 300 В и частотой до 1 Гц. Прибор П-12 Мк подключается к амортизационной раме кабелями, нахондящимися в нижней крышке прибора П-12 Мк. При включении тумблера Бортсеть правление
9. Список использованной литературы:
I.
Давыдов П. С, Иванов П. А. Эксплуатация авиационного радионэлектронного оборудования: Справочник. - М. : Транспорт,
1990.
II.
Анисимов В. А. Системы авиационной радиосвязи, 1981.
.
Верещака А. И. Авиационная радиоэлектроника, 1982.
IV.
Громаков Ю. А.. Стандарты и системы подвижной радиосвязи, 2001.
V.
Олянюк П. В. Авиационная радиосвязь, 1990.
VI.
Логачев А. Ф. Средства радиосвязи правления воздушным движением, 1991.
VII.
Бамбуркин А. П. Радиотехнические средства обеспечения полетов и организации радиосвязи, 1982. V.
Духон Ю. И. Справочник по связи и радиотехническому обеспечению полетов, 1960. SHAPEа * MERGEFORMAT Т ОМ, Мн М М М От СПУ ОМ, Мн ОМ, Мн Выход НЧ Мн РУ, ОМ Т ОМ, Мн Т ОМ, Мн ОМ, Мн Т ОМ, Мн М, АТ От А Рис. 11. Функциональная
схема радиостанции Микрон: СУ Ч
согласующее стройство; ВЧ - силитель ВЧ; СмЧсмеситель; ПЧЧ силителе
промежуточной частоты; ЭМЧэлектромеханический фильтр; ДЧделитель регулировочный;
ДАРЧдетектор
автоматической регулировки силения;а
Чключ;а ДетЧдетектор; НЧ - силитель низкой частоты; СНЧсамолетное переговорное стройство. с - силитель;а М - силитель мощности;а Чгетеродин:а ДмЧдемодулятор; ОДАРЧограничитель ДАРУ; ДОЧдатчика опорных частот; ДеЧделитель; БЧбалансный модулятор; Огр - ограничитель; МАЧ
модулятор амплитуды СУ УВЧ См1 УПЧ1 См2 ЭМФ УПЧ2 См3 УПЧ3 Кл М УНЧ УМ УВЧ См1 Ус1 Ус2 См2 ДОЧ Дет М Дм ОМ ОМн Т ДАРУ Кл М; Та гПА ДР См4 Дел. Мн 70...90%Кл. Г БМ Огр УНЧ ОДАРУ МА Кл АМ Кл Прд к А Т Выход н
СПУ ОМ, Мн ОМ, Мн
аSHAPEа * MERGEFORMAT
<
аSHAPEа * MERGEFORMAT
<
<
<